EP3152829B1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines betriebs eines elektromotors - Google Patents

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EP3152829B1
EP3152829B1 EP15724706.5A EP15724706A EP3152829B1 EP 3152829 B1 EP3152829 B1 EP 3152829B1 EP 15724706 A EP15724706 A EP 15724706A EP 3152829 B1 EP3152829 B1 EP 3152829B1
Authority
EP
European Patent Office
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electric motor
pilot
angle
modulation
control angle
Prior art date
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Active
Application number
EP15724706.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3152829A1 (de
Inventor
Patrick HINZE
Andreas SCHNELL
Andreas Schulze
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Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Publication of EP3152829A1 publication Critical patent/EP3152829A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • H02P6/153—Controlling commutation time wherein the commutation is advanced from position signals phase in function of the speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0085—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
    • H02P21/0089—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed using field weakening

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an operation of an electric motor, in particular in the environment or in an application for a vehicle transmission, wherein in a modulation at electrical phases of the electric motor voltage applied in dependence of a rotor position of the electric motor and in dependence of a target-actual comparison at least one, a load of the electric motor characterizing first size or an actual speed of the electric motor can be generated and output controlled.
  • the invention further relates to a device for controlling an operation of an electric motor, comprising a supply unit for the controlled output of electrical voltages at electrical phases of the electric motor, wherein the supply unit with at least one detection unit for detecting a rotor position of the electric motor and at least one controller for performing a target Is comparison of a, a load of the electric motor characterizing first size is coupled.
  • Electromechanically or hydraulically actuated vehicle transmissions include one or more electric motors for pump or direct drives, wherein by means of the at least one electric motor selection or switching devices and clutch and brake devices of the vehicle transmission are controlled.
  • a power supply to individual motor windings of the electric motors is controlled in particular for cost reasons by means of a so-called block commutation and a so-called B6 bridge circuit.
  • the commutation step is controlled as a function of a rotor position of the electric motor, Hall sensors being provided for determining the rotor position, for example in the electric motor.
  • the Hall sensors are arranged such that via the high-low logic level, an electrical angular resolution of 60 ° is realized.
  • a maximum current in the motor windings for the position of magnets of the rotor is synchronized so that a fixed offset of 90 ° is formed.
  • a so-called field-oriented control is used, in which phase currents of the electric motor are used in conjunction with the information about the rotor position for controlling the output phase voltages.
  • the object of the invention is to provide a method which is improved over the prior art and an improved device for controlling an operation of an electric motor, in particular for a vehicle transmission.
  • the object is achieved by the features specified in claim 1 and in terms of the device by the features specified in claim 10.
  • a load of the electric motor characterizing first size or an actual rotational speed of the electric motor generated and controlled output.
  • a rotor position angle characterizing the rotor position is supplemented with a predefined precontrol angle and a further regulated precontrol angle component to form a sum angle, wherein the sum angle is used to identify the rotor position in the modulation when the field weakening range is reached.
  • a driving method of a particular arranged in the vicinity of a vehicle transmission electric motor is realized, which is particularly in the field weakening of the electric motor makes it possible to regulate operating points of the same on demand and with optimized efficiency, in particular even with low supply voltages.
  • an additional subordinate controller is required, which optimally oriented in particular after reaching an adjustment limit of maximum motor voltage output a voltage vector in its position to the rotor field.
  • a simple and cost-effective method is provided compared to known from the prior art field-oriented controls, with no space and cost-intensive components for phase current measurement are required. That is, in comparison to a field-oriented control is always an operation of the electric motor with maximum possible efficiency under consideration of controllability even without costly phase current back measurement feasible.
  • the method provides independence from a supply voltage of a supply unit for the controlled output of the electrical voltages to the electrical phases of the electric motor and allows by control increased robustness to component tolerances of the electric motor and its changes during its lifetime.
  • An optimized and needs-based early commutation of the electric motor with the method according to the invention makes it possible to continue to operate the electric motor in the field weakening with high efficiency. It is adjusted as much additional feedforward angle, as required to achieve the required operating point with available supply voltage. This allows for maximum torque control per ampere current without the need for an inefficient one Vorhalt, for example, against supply voltage fluctuations.
  • the method according to the invention combines fast map control with a regulation that is tailored to the operating point.
  • the achievement of the field weakening range is detected upon reaching an upper limit of a modulation degree characterized by a predetermined maximum amplitude of a motor voltage and / or a motor current.
  • the field weakening range is particularly easy and reliable detectable.
  • the degree of modulation is set at its upper limit when it reaches the field weakening range, so to speak "frozen", and the modulation of the electrical voltages is preferably carried out solely by regulating the precontrol angle.
  • the precontrol angle is determined as a function of an actual rotational speed and at least one second variable characterizing a load of the electric motor from a precontrol angle characteristic map.
  • the thus map-controlled method makes due to the control of the operation of the electric motor using the Vorêtwinkel map only a small amount of data processing and consequently a low cost of software required. Thus, only a small amount of computing power is necessary to realize the method and consequently a low use of resources.
  • the precontrol angle is specified in particular exclusively for an armature adjustment range of the electric motor, whereby the advantage of a fast control with the property of a regulator to eliminate permanent deviations is connected.
  • a maximum value of the pilot control angle is predetermined.
  • the precontrol angle is predetermined in particular such that a control reserve is generated in the modulation for the voltage as a manipulated variable.
  • a possible embodiment of the method provides that a speed, a torque and / or a motor current are used as the first variable characterizing the load of the electric motor. These variables depict the load on the electric motor particularly accurately.
  • a currently required motor voltage, a current direct current, a phase current determined from the direct current and a duty cycle, a measured phase current and / or a torque are used as the second variable characterizing the load of the electric motor.
  • These variables depict the load on the electric motor particularly accurately.
  • the disadvantage of a fluctuating supply voltage is overcome because the fluctuation in a possible conversion of the required motor voltage into a degree of modulation or duty cycle, also referred to as a duty cycle, is compensated by the available intermediate circuit voltage ,
  • the pre-control angle characteristic map is generated by determining pre-control angles at speed and torque operating points of the electric motor in which at least the efficiency of the electric motor is maximized.
  • the voltages are determined as a function of the sum angle in a space vector modulation.
  • space vector modulation is a very high angular resolution of the output voltage vector, d. H. a discretization of the output voltages of block voltages to sinusoidal, realizable and it can be realized at high utilization of efficiency, a very quiet engine operation.
  • the device for controlling an operation of an electric motor comprises a supply unit for the controlled output of electrical voltages at electrical phases of the electric motor, wherein the supply unit with at least one detection unit for detecting a rotor position of the electric motor and at least one controller for performing a target-actual comparison of a load of the electric motor characterizing first size is coupled.
  • a memory in which a precontrol angle map is stored, and a control unit for determining a pilot angle from the Vorberichtwinkel map to supplement a rotor position characteristic rotor position angle with a precontrol angle and another controlled Vorêtwinkelanteil to a sum angle, for determining the phase voltages of the electric motor in response to the sum angle when reaching a field weakening region of the electric motor and for controlling the output of the electrical voltages by means of the supply unit to the electrical phases of the electric motor.
  • the device according to the invention is characterized by a particularly simple and cost-effective structure with particularly low required computing powers. Also is the device compared to field-known controls known from the prior art easily and inexpensively without space-consuming and costly components designed for phase current measurement.
  • the controller is a speed controller, a torque controller or a current regulator, which are simple, inexpensive and reliable.
  • the supply unit comprises a bridge circuit, for example a B6 bridge circuit, by means of which a block commutation of the electric motor can be realized in a very simple and reliable manner.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a first embodiment of a control loop for controlled block or sine control of an electric motor 1 with a field weakening control of the electric motor.
  • a power supply to individual motor windings of the electric motor 1 is controlled by means of a control unit 2 by controlling a B6 bridge 3.
  • a high-side switch of a half-bridge of the B6 bridge 3 and a low-side switch of the half-bridge are connected in a manner not shown within a commutation step for pulse width modulation.
  • the commutation step is controlled as a function of a rotor position of the electric motor 1.
  • an actual rotational speed n ist of the electric motor 1 is further determined and returned, wherein an output voltage U out is set as a function of a target rotational speed n soll of the electric motor 1 by means of a controller designed as a speed controller, depending which the control unit 2 controls the B6 bridge 3.
  • the electrical voltages output to the electric motor 1 are modulated via the information of the rotor position and the predetermined modulation degree MG from the controller 5 designed as a speed controller. If, in this type of control, an armature adjustment range of the electric motor 1 is left in the direction of field weakening, that is, a field weakening range of the electric motor 1 is reached when an upper limit is reached by a predetermined maximum amplitude of the output voltage U out and / or a motor current with or without control reserve , an additional precontrol angle ⁇ PA is generated from the precontrol angle map KF for the commutation by means of a subordinate precontrol angle controller 6.
  • a maximum permitted value of the pilot control angle ⁇ PA is preferably limited by means of an adjustable limit.
  • the precontrol angle characteristic KF is determined in particular in a Bedatungsprozedur the overall system by 1 pre-control angle ⁇ PA are determined to speed and torque operating points of the electric motor, in which at least the efficiency of the electric motor 1, in particular an overall efficiency of the electric motor 1 and its control electronics, is maximized.
  • the precontrol angle characteristic map KF is stored in particular in a memory (not shown) of the precontrol angle controller 6.
  • the determined rotor position angle ⁇ of the electric motor 1 is supplemented with the applied at the output of the Vorêtwinkelreglers 6 value of the pilot angle ⁇ PA to a sum angle ⁇ ⁇ , in particular added, before the sum angle ⁇ ⁇ for use for the modulation of the voltages for the electric motor 1 is passed on.
  • the method according to the invention, the device according to the invention and its embodiments are also usable in control structures with subordinate current regulator or other control structures, for example for a direct torque control, and are not limited to the illustrated structure with speed control.
  • FIG. 2 is a flowchart of a possible first embodiment of a method according to the invention for controlling the operation of the electric motor 1 with field weakening control.
  • a first step S1 the target speed n to or a desired current or a target torque supplied in a manner not shown to the controller 5 appropriately designed as a speed regulator, current regulator or torque controller which of the detected as a function means of the detection unit 4 Actual speed n is , the actual current or the actual torque, the output voltage Uout generated in a second method step S2.
  • a third method step S3 it is determined for an armature adjustment range of the electric motor 1 whether the degree of modulation MG lies between the value "zero" and a predefined maximum value which characterizes the transition to the field weakening range.
  • the voltages are determined in a space vector modulation RZM as a function of the rotor position angle ⁇ as a voltage vector and output in a controlled manner in a fifth step S5 to the electrical phases of the electric motor 1.
  • a pre-control angle ⁇ PA additionally determined in a sixth method step S6 by means of the pre-control angle controller 6 is added to the sum angle ⁇ ⁇ .
  • the voltages are determined as voltage vectors in the space vector modulation RZM and output to the electrical phases of the electric motor 1 in a controlled manner.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a second embodiment of a control loop for controlled sine control of the electric motor 1 with a field weakening control according to the invention.
  • control loop is designed such that in the controller output variable of a speed controller 5.1 and a current regulator 5.2 formed regulator 5 situational between the modulation depth MG and additive commutation, ie the ⁇ PA formed from rotor position angle ⁇ and pilot angle ⁇ PA sum angle ⁇ ⁇ , can be switched.
  • controller parameters are adapted to the respective state.
  • the degree of modulation MG is set at its upper limit, so to speak "frozen", and the modulation of the electrical voltages is carried out solely by controlling the pilot angle ⁇ PA .
  • a further control difference of the speed controller 5.1 and current controller 5.2 which would lead to increase the controller control variable, no longer attributed to the degree of modulation MG, but added as a pilot angle ⁇ PA to the actual rotor position angle ⁇ .
  • an alternating current I AC is supplied to the multiplier 9, which is fed back via a signal conditioner 7 as a controller output of the current controller 5.2, which generates a desired direct current I DC as a controller input for the current controller 5.2, as a function of and an actual direct current I DC_ist the output of the current controller is switched 5.2 with a changeover 8 in the control algorithm .
  • the load on the electric motor 1 and produced by means of a divider 10 is the actual alternating current I AC_ist the pilot angle ⁇ PA determines which with the rotor position angle ⁇ to the sum of angle ⁇ ⁇ added.
  • the controller output of the current controller 5.2 is switched situational between modulation degree MG and pilot angle ⁇ PA .
  • the pilot angle ⁇ PA is used from a pilot angle map KF, which provides a minimum and operating point-optimized pilot angle ⁇ PA_min only for the armature control range . This combines the advantage of a fast control with the property of a regulator 5 to eliminate permanent deviations.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a possible second embodiment of a method according to the invention for controlling the operation of the electric motor 1 with field weakening control.
  • the load of the electric motor 1 based on a characteristic of these second size in a seventh method step S7 and the pilot angle ⁇ PA is determined in an eighth step S8 from the Vor Kunststoffwinkel map KF and the space vector modulation RZM supplied in the fourth step S4.
  • a currently required motor voltage, a current direct current, a phase current determined from the direct current and a duty cycle, a measured phase current and / or a torque are used as the second variable.
  • an additional pilot angular component ⁇ PA_reg is formed from the controller manipulated variable and added to the pilot angle ⁇ PA and the rotor position angle ⁇ to the sum angle ⁇ ⁇ , which is supplied to the space vector modulation RZM in the fourth method step S4.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors, insbesondere im Umfeld oder in einer Applikation für ein Fahrzeuggetriebe, wobei in einer Modulation an elektrischen Phasen des Elektromotors anliegende elektrische Spannungen in Abhängigkeit einer Rotorposition des Elektromotors und in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs zumindest einer, eine Belastung des Elektromotors kennzeichnenden ersten Größe oder einer Ist-Drehzahl des Elektromotors erzeugt und gesteuert ausgegeben werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors, umfassend eine Versorgungseinheit zur gesteuerten Ausgabe von elektrischen Spannungen an elektrischen Phasen des Elektromotors, wobei die Versorgungseinheit mit zumindest einer Erfassungseinheit zur Erfassung einer Rotorposition des Elektromotors und zumindest einem Regler zur Durchführung eines Soll-Ist-Vergleichs einer, eine Belastung des Elektromotors kennzeichnenden ersten Größe gekoppelt ist.
  • Elektromechanisch oder hydraulisch betätigte Fahrzeuggetriebe umfassen einen oder mehrere Elektromotoren für Pumpen- oder Direktantriebe, wobei mittels des zumindest einen Elektromotors Wähl- oder Schaltvorrichtungen sowie Kupplungs- und Bremsvorrichtungen des Fahrzeuggetriebes angesteuert werden.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Steuerung solcher Elektromotoren für Fahrzeuggetriebe bekannt. Eine Stromzufuhr zu einzelnen Motorwicklungen der Elektromotoren wird insbesondere aus Kostengründen mittels einer so genannten Blockkommutierung und einer so genannten B6-Brückenschaltung gesteuert. Hierbei werden innerhalb eines Kommutierungsschrittes ein so genannter High-Side-Schalter einer Halbbrücke der Brückenschaltung und ein so genannter Low-Side-Schalter der Halbbrücke geschaltet. Der Kommutierungsschritt wird in Abhängigkeit einer Rotorposition des Elektromotors gesteuert, wobei zur Ermittlung der Rotorposition beispielsweise im Elektromotor Hall-Sensoren vorgesehen sind. Die Hall-Sensoren sind derart angeordnet, dass über die High-Low-Logikpegel eine elektrische Winkelauflösung von 60° realisiert ist.
  • Um diese Winkelauflösung zu erhöhen, ist es bekannt, hochauflösende Winkelsensoren zu verwenden. Somit ist eine bessere Anpassung der an die elektrischen Phasen des Elektromotors ausgegebenen Spannungen an eine jeweilige Rotorposition möglich. Eine dabei realisierte so genannte Sinuskommutierung ermöglicht eine höhere Ausnutzung des Wirkungsgrades des Elektromotors bei gleichzeitig ruhigem Motorlauf. Hierbei wird die elektrische Spannung in Abhängigkeit einer Information über einen Rotorwinkel mittels einer Raumzeigermodulation derart erzeugt, dass diese sinusförmig ist.
  • Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades des Elektromotors bei einer Sinuskommutierung ist bekannt, dass ein Strommaximum in den Motorwicklungen zur Position von Magneten des Rotors derart synchronisiert wird, dass ein fester Versatz von 90° entsteht. Hierzu wird eine so genannte feldorientierte Regelung verwendet, bei welcher Phasenströme des Elektromotors in Verbindung mit der Information über die Rotorposition zur Regelung der ausgegebenen Phasenspannungen verwendet werden.
  • Es ist weiterhin bekannt, dass im so genannten Ankerstellbereich einer elektrischen Maschine entweder ein Drehzahl- oder ein Stromregler einen Modulationsgrad, das heißt die Amplitude des auszugebenden Spannungsvektors, regelt. Die eigentliche Kommutierung des Motors über die B6-Brückenschaltung erfolgt nach Auswertung des Rotorlagewinkels. In Abhängigkeit von der Rotorlage wird ein Kommutierungswinkel für die Modulation gebildet, wonach die entsprechenden elektrischen Phasen des Elektromotors bestromt werden. Um einen Elektromotor für noch höhere Drehzahlen auch in der so genannten Feldschwächung betreiben zu können, ist eine Modifikation der ausgegebenen Motorspannung erforderlich. Dies wird in der feldorientierten Regelung durch zusätzliche Regelung eines feldschwächenden Strom-Anteils realisiert. Weiterer Stand der Technik ist in DE 10 2011 080941 A1 , DE 42 33 804 A1 oder in WO 94/07301 A1 gezeigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors, insbesondere für ein Fahrzeuggetriebe, anzugeben.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • In einem Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors, insbesondere im Umfeld oder in einer Applikation für ein Fahrzeuggetriebe, werden in einer Modulation an elektrischen Phasen des Elektromotors anliegende elektrische Spannungen in Abhängigkeit einer Rotorposition des Elektromotors und in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs zumindest einer, eine Belastung des Elektromotors kennzeichnenden ersten Größe oder einer Ist-Drehzahl des Elektromotors erzeugt und gesteuert ausgegeben.
  • Erfindungsgemäß wird bei einem Erreichen insbesondere eines Feldschwächbereichs des Elektromotors ein die Rotorposition kennzeichnender Rotorlagewinkel mit einem vorgegebenen Vorsteuerwinkel und einem weiteren geregelten Vorsteuerwinkelanteil zu einem Summenwinkel ergänzt, wobei der Summenwinkel bei Erreichen des Feldschwächbereichs zur Kennzeichnung der Rotorposition in der Modulation verwendet wird.
  • Somit wird ein Ansteuerverfahren eines insbesondere im Umfeld eines Fahrzeuggetriebes angeordneten Elektromotors realisiert, welches es insbesondere im Feldschwächbereich des Elektromotors ermöglicht, Arbeitspunkte desselben bedarfsabhängig und effizienzoptimiert, insbesondere auch bei geringen Versorgungsspannungen, einzuregeln. Hierfür ist gegenüber bekannten Motoransteuerverfahren lediglich ein zusätzlicher unterlagerter Regler erforderlich, welcher insbesondere nach Erreichen einer Stellgrenze einer maximalen Motorspannung einen ausgegebenen Spannungszeiger in seiner Position zum Rotorfeld optimal orientiert. Somit wird gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten feldorientierten Regelungen ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei keine bauraum- und kostenintensiven Komponenten zur Phasenstrommessung erforderlich sind. Das heißt, im Vergleich zu einer feldorientierten Regelung ist stets ein Betrieb des Elektromotors mit maximal möglichem Wirkungsgrad unter Berücksichtigung der Regelbarkeit auch ohne kostenintensive Phasenstromrückmessung realisierbar.
  • Des Weiteren ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein besonders großer Drehzahl-Drehmoment-Bereich des Elektromotors abdeckbar und es kann insbesondere ein maximierter Wirkungsgrad des Elektromotors auch im Teillastbetrieb desselben im Feldschwächbereich erzielt werden. Hierbei bewirkt das Verfahren eine Unabhängigkeit von einer Versorgungsspannung einer Versorgungseinheit zur gesteuerten Ausgabe der elektrischen Spannungen an die elektrischen Phasen des Elektromotors und ermöglicht durch Regelung eine erhöhte Robustheit gegenüber Bauteiltoleranzen des Elektromotors und dessen Veränderungen während seiner Lebensdauer.
  • Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren optimierte und bedarfsgerechte Frühkommutierung des Elektromotors erlaubt es, den Elektromotor auch in der Feldschwächung mit hohem Wirkungsgrad weiter zu betreiben. Es wird dabei so viel zusätzlicher Vorsteuerwinkel eingeregelt, wie zur Erreichung des geforderten Betriebspunkts bei verfügbarer Versorgungsspannung erforderlich ist. Dies ermöglicht eine Ansteuerung mit maximalem Drehmoment je Ampere Stromstärke ohne das Erfordernis eines ineffizienten Vorhalts, beispielsweise gegen Versorgungsspannungsschwankungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet eine schnelle Kennfeldführung mit einer im Arbeitspunkt bedarfsgerecht ausgebildeten Regelung.
  • Erfindungsgemäss wird das Erreichen des Feldschwächbereichs bei Erreichen einer Obergrenze eines durch eine vorgegebene maximale Amplitude einer Motorspannung und/oder eines Motorstromes gekennzeichneten Modulationsgrades erfasst. Hierdurch ist der Feldschwächbereich besonders einfach und zuverlässig erfassbar.
  • Um den Betrieb des Elektromotors im Feldschwächbereich weiter zu verbessern wird erfindungsgemäss bei Erreichen des Feldschwächbereichs der Modulationsgrad an seiner Obergrenze festgelegt, sozusagen "eingefroren", und die Modulation der elektrischen Spannungen wird vorzugsweise allein mittels Regelung des Vorsteuerwinkels durchgeführt.
  • Eine mögliche Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der Vorsteuerwinkel in Abhängigkeit einer Ist-Drehzahl und zumindest einer, eine Belastung des Elektromotors kennzeichnenden zweiten Größe aus einem Vorsteuerwinkel-Kennfeld ermittelt wird. Das somit kennfeldgesteuerte Verfahren macht aufgrund der Steuerung des Betriebs des Elektromotors unter Verwendung des Vorsteuerwinkel-Kennfeldes lediglich einen geringen Datenverarbeitungsaufwand sowie daraus folgend einen geringen Aufwand für Software erforderlich. Somit ist lediglich eine geringe Rechenleistung zur Realisierung des Verfahrens und daraus folgend ein geringer Ressourceneinsatz notwendig.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Vorsteuerwinkel insbesondere ausschließlich für einen Ankerstellbereich des Elektromotors vorgegeben, wobei hierdurch der Vorteil einer schnellen Steuerung mit der Eigenschaft eines Reglers, bleibende Abweichungen zu eliminieren, verbunden wird.
  • Um eine Begrenzung der Begrenzung des Vorsteuerwinkels zu realisieren, wird in einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens ein maximaler Wert des Vorsteuerwinkels vorgegeben.
  • Um stets eine optimierte Regelung der Drehzahl des Elektromotors zu realisieren, wird der Vorsteuerwinkel insbesondere derart vorgegeben, dass eine Regelreserve in der Modulation für die Spannung als Stellgröße erzeugt wird.
  • Eine mögliche Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass als die Belastung des Elektromotors kennzeichnende erste Größe eine Drehzahl, ein Drehmoment und/oder ein Motorstrom verwendet werden. Diese Größen bilden die Belastung des Elektromotors besonders genau ab.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden als die Belastung des Elektromotors kennzeichnende zweite Größe eine aktuell geforderte Motorspannung, ein aktueller Gleichstrom, ein aus dem Gleichstrom und einem Tastverhältnis ermittelter Phasenstrom, ein gemessener Phasenstrom und/oder ein Drehmoment verwendet. Diese Größen bilden die Belastung des Elektromotors besonders genau ab. Insbesondere bei Verwendung der Motorspannung als Eingangsgröße für das Vorsteuerwinkel-Kennfeld wird der Nachteil einer schwankenden Versorgungsspannung überwunden, da die Schwankung bei einer möglichen Umrechnung der geforderten Motorspannung in einen Modulationsgrad oder Tastgrad, auch als duty cycle bezeichnet, über die zur Verfügung stehende Zwischenkreisspannung ausgeglichen wird.
  • In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird das Vorsteuerwinkel-Kennfeld erzeugt, indem zu Drehzahl- und Drehmoment-Betriebspunkten des Elektromotors Vorsteuerwinkel ermittelt werden, bei welchen zumindest der Wirkungsgrad des Elektromotors maximiert ist. Somit ist bei Verwendung des Vorsteuerwinkel-Kennfeldes stets ein optimaler Betriebspunkt des Elektromotors bei maximalem Wirkungsgrad einstellbar.
  • In einer möglichen weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die Spannungen in Abhängigkeit des Summenwinkels in einer Raumzeigermodulation ermittelt. Mittels der Raumzeigermodulation ist eine sehr hohe Winkelauflösung des ausgegebenen Spannungszeigers, d. h. eine Diskretisierung der ausgegebenen Spannungen von Blockspannungen zur Sinusform, realisierbar und es kann bei hoher Ausnutzung des Wirkungsgrades ein sehr ruhiger Motorlauf realisiert werden.
  • Die Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors umfasst eine Versorgungseinheit zur gesteuerten Ausgabe von elektrischen Spannungen an elektrischen Phasen des Elektromotors, wobei die Versorgungseinheit mit zumindest einer Erfassungseinheit zur Erfassung einer Rotorposition des Elektromotors und zumindest einem Regler zur Durchführung eines Soll-Ist-Vergleichs einer, eine Belastung des Elektromotors kennzeichnenden ersten Größe gekoppelt ist.
  • Erfindungsgemäß sind ein Speicher, in welchem ein Vorsteuerwinkel-Kennfeld hinterlegt ist, und eine Steuereinheit zur Ermittlung eines Vorsteuerwinkels aus dem Vorsteuerwinkel-Kennfeld, zur Ergänzung eines die Rotorposition kennzeichnenden Rotorlagewinkels mit einem Vorsteuerwinkel und einem weiteren geregelten Vorsteuerwinkelanteil zu einem Summenwinkel, zur Ermittlung der Phasenspannungen des Elektromotors in Abhängigkeit des Summenwinkels bei einem Erreichen eines Feldschwächbereichs des Elektromotors und zur Steuerung der Ausgabe der elektrischen Spannungen mittels der Versorgungseinheit an die elektrischen Phasen des Elektromotors vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aufgrund der Steuerung des Betriebs des Elektromotors bei Erreichen des Feldschwächbereichs unter Verwendung des Vorsteuerwinkels durch eine besonders einfache und kostengünstige Struktur bei besonders geringen erforderlichen Rechenleistungen aus. Auch ist die Vorrichtung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten feldorientierten Regelungen einfach und kostengünstig ohne bauraum- und kostenintensive Komponenten zur Phasenstrommessung ausgebildet.
  • In einer möglichen Ausgestaltung ist der Regler ein Drehzahlregler, ein Drehmomentregler oder ein Stromregler, welche einfach, kostengünstig und zuverlässig ausgebildet sind.
  • In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Versorgungseinheit eine Brückenschaltung, beispielsweise eine B6-Brückenschaltung, mittels welcher in sehr einfacher und zuverlässiger Weise eine Blockkommutierung des Elektromotors realisierbar ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Darin zeigen:
    • Figur 1 schematisch ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Regelkreises zur gesteuerten Sinusansteuerung eines Elektromotors mit einer erfindungsgemäßen Feldschwächeregelung,
    • Figur 2 schematisch ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors mit Feldschwächeregelung,
    • Figur 3 schematisch ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Regelkreises zur gesteuerten Sinusansteuerung eines Elektromotors mit einer erfindungsgemäßen Feldschwächeregelung,
    • Figur 4 schematisch ein detailliertes Blockschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels des Regelkreises gemäß Figur 3, und
    • Figur 5 schematisch ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors mit Feldschwächeregelung.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Regelkreises zur gesteuerten Block- oder Sinusansteuerung eines Elektromotors 1 mit einer Feldschwächregelung des Elektromotors 1.
  • Hierbei wird im Rahmen einer Block- oder Sinuskommutierung eine Stromzufuhr zu einzelnen Motorwicklungen des Elektromotors 1 mittels einer Steuereinheit 2 durch Steuerung einer B6-Brücke 3 gesteuert. Hierbei werden in nicht näher dargestellter Weise innerhalb eines Kommutierungsschrittes zur Pulsweitenmodulation ein High-Side-Schalter einer Halbbrücke der B6-Brücke 3 und ein Low-Side-Schalter der Halbbrücke geschaltet. Der Kommutierungsschritt wird dabei in Abhängigkeit einer Rotorposition des Elektromotors 1 gesteuert.
  • In einer Erfassungseinheit 4 wird weiterhin eine Ist-Drehzahl nist des Elektromotors 1 ermittelt und zurückgeführt, wobei mittels eines als Drehzahlregler ausgebildeten Reglers 5 in Abhängigkeit einer Soll-Drehzahl nsoll des Elektromotors 1 als Modulationsgrad MG eine Ausgangsspannung Uout eingestellt wird, in Abhängigkeit welcher die Steuereinheit 2 die B6-Brücke 3 steuert.
  • Zusätzlich in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl nist und der die Belastung des Elektromotors 1 abbildenden Größe G aus dem Vorsteuerwinkel-Kennfeld KF und dem Rotorlagewinkel ϕ der Summenwinkel ϕ∑ erzeugt und der Steuereinheit 2 zur Raumzeigermodulation RZM zugeführt, welche aus einer Amplitude des Spannungszeigers und einem optimierten Kommutierungswinkel ein Ansteuersignal für die B6-Brücke 3 generiert.
  • Das heißt, es werden in einer einfachen Motoransteuerung ohne Phasenstromrückmessung die an den Elektromotor 1 ausgegebenen elektrischen Spannungen über die Information der Rotorlage und des vorgegebenen Modulationsgrads MG aus dem als Drehzahlregler ausgebildeten Regler 5 moduliert. Wird bei dieser Art der Ansteuerung ein Ankerstellbereich des Elektromotors 1 in Richtung Feldschwächung verlassen, das heißt, wird bei Erreichen einer Obergrenze eines durch eine vorgegebene maximale Amplitude der Ausgangsspannung Uout und/oder eines Motorstromes mit oder ohne Regelreserve, ein Feldschwächbereich des Elektromotors 1 erreicht, wird mittels eines unterlagerten Vorsteuerwinkelreglers 6 ein zusätzlicher Vorsteuerwinkel ϕPA ausgehend vom Vorsteuerwinkel-Kennfeld KF für die Kommutierung generiert. Dabei ist die Erzielung einer Regelreserve im Modulationsgrad MG durch Optimierung des Vorsteuerwinkels ϕPA neben der Möglichkeit zur Feldschwächnutzung des Elektromotors 1 Hauptbestandteil. Ein maximal zugelassener Wert des Vorsteuerwinkels ϕPA ist dabei vorzugsweise mittels einstellbarer Grenze limitiert vorgegeben.
  • Das Vorsteuerwinkel-Kennfeld KF wird insbesondere in einer Bedatungsprozedur des Gesamtsystems ermittelt, indem zu Drehzahl- und Drehmoment-Betriebspunkten des Elektromotors 1 Vorsteuerwinkel ϕPA ermittelt werden, bei welchen zumindest der Wirkungsgrad des Elektromotors 1, insbesondere ein Gesamtwirkungsgrad von Elektromotor 1 und dessen Ansteuerelektronik, maximiert ist. Das Vorsteuerwinkel-Kennfeld KF wird insbesondere in einem nicht dargestellten Speicher des Vorsteuerwinkelreglers 6 hinterlegt.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der ermittelte Rotorlagewinkel ϕ des Elektromotors 1 mit dem am Ausgang des Vorsteuerwinkelreglers 6 anliegenden Wert des Vorsteuerwinkels ϕPA derart zu einem Summenwinkel ϕ∑ ergänzt, insbesondere addiert, bevor der Summenwinkel ϕ∑ zur Verwendung für die Modulation der Spannungen für den Elektromotor 1 weitergereicht wird.
  • Abweichend von der Darstellung sind das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung und deren Ausgestaltungen in nicht gezeigter Weise auch in Regelstrukturen mit unterlagertem Stromregler oder sonstigen Regelstrukturen, beispielsweise zu einer direkten Drehmomentregelung, verwendbar und ist nicht auf die dargestellte Struktur mit Drehzahlregelung beschränkt.
  • In Figur 2 ist ein Ablaufdiagramm eines möglichen ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Betriebs des Elektromotors 1 mit Feldschwächeregelung dargestellt.
  • Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt S1 die Soll-Drehzahl nsoll oder in nicht näher dargestellter Weise ein Soll-Strom oder ein Soll-Drehmoment dem entsprechend als Drehzahlregler, Stromregler oder Drehmomentregler ausgebildeten Regler 5 zugeführt, welcher in Abhängigkeit der mittels der Erfassungseinheit 4 erfassten Ist-Drehzahl nist, des Ist-Stroms oder des Ist-Drehmoments die Ausgangsspannung Uout in einem zweiten Verfahrensschritt S2 erzeugt.
  • In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird für einen Ankerstellbereich des Elektromotors 1 ermittelt, ob der Modulationsgrad MG zwischen dem Wert "Null" und einem vorgegebenen Maximalwert, welcher den Übergang zum Feldschwächbereich kennzeichnet, liegt.
  • Ist dies der Fall (gekennzeichnet durch das Bezugszeichen J), werden die Spannungen in einem vierten Verfahrensschritt S4 in einer Raumzeigermodulation RZM in Abhängigkeit vom Rotorlagewinkel ϕ als Spannungszeiger ermittelt und in einem fünften Verfahrensschritt S5 gesteuert an die elektrischen Phasen des Elektromotors 1 ausgegeben.
  • Übersteigt der Modulationsgrad MG den Maximalwert (gekennzeichnet durch das Bezugszeichen N), welcher den Übergang zum Feldschwächbereich kennzeichnet, wird der Rotorlagewinkel ϕ mit einem in einem sechsten Verfahrensschritt S6 mittels des Vorsteuerwinkelreglers 6 zusätzlich ermittelten Vorsteuerwinkel ϕPA zu dem Summenwinkel ϕ∑ addiert. In Abhängigkeit des Summenwinkels ϕ∑ werden die Spannungen als Spannungszeiger in der Raumzeigermodulation RZM ermittelt und gesteuert an die elektrischen Phasen des Elektromotors 1 ausgegeben.
  • Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Regelkreises zur gesteuerten Sinusansteuerung des Elektromotors 1 mit einer erfindungsgemäßen Feldschwächregelung.
  • Dabei ist der Regelkreis derart ausgebildet, dass bei der Reglerausgangsgröße des einen Drehzahlregler 5.1 und einen Stromregler 5.2 ausgebildeten Reglers 5 situativ zwischen dem Modulationsgrad MG und additivem Kommutierungswinkel, das heißt dem aus Rotorlagewinkel ϕ und Vorsteuerwinkel ϕPA gebildeten Summenwinkel ϕ∑, umgeschaltet werden kann. Gleichzeitig werden die Reglerparameter dem jeweiligen Zustand angepasst.
  • Hierbei wird bei Erreichen der Obergrenze des Modulationsgrades MG der Modulationsgrad MG an seiner Obergrenze festgelegt, sozusagen "eingefroren", und die Modulation der elektrischen Spannungen wird allein mittels Regelung des Vorsteuerwinkels ϕPA durchgeführt. Somit wird eine weitere Regeldifferenz des Drehzahlreglers 5.1 und Stromreglers 5.2, die zur Erhöhung der Reglerstellgröße führen würde, nicht mehr dem Modulationsgrad MG zugerechnet, sondern als Vorsteuerwinkel ϕPA auf den eigentlichen Rotorlagewinkel ϕ addiert.
  • Hierzu wird als Reglerausgangsgröße des Drehzahlreglers 5.1 ein Wechselstrom IAC gemeinsam mit dem über einen Signalaufbereiter 7 als Reglerausgangsgröße des Stromreglers 5.2 zurückgeführten Modulationsgrad MG einem Multiplikator 9 zugeführt, welcher als Reglereingangsgröße für den Stromregler 5.2 einen Soll-Gleichstrom IDC erzeugt, in Abhängigkeit dessen und einem Ist-Gleichstrom IDC_ist der Ausgang des Stromregler 5.2 mit einer Umschaltung 8 im Ansteueralgorithmus geschaltet wird.
  • Weiterhin wird anhand der ermittelten Ist-Drehzahl nist und einem, die Belastung des Elektromotors 1 kennzeichnenden und mittels eines Teilers 10 erzeugten Ist-Wechselstrom IAC_ist der Vorsteuerwinkel ϕPA ermittelt, welcher mit dem Rotorlagewinkel ϕ zu dem Summenwinkel ϕ∑ addiert wird.
  • Das heißt, der Reglerausgang des Stromreglers 5.2 wird situativ zwischen Modulationsgrad MG und Vorsteuerwinkel ϕPA umgeschaltet. Als Ausgangspunkt für die Verwendung als Vorsteuerwinkel ϕPA dient der Vorsteuerwinkel ϕPA aus einem Vorsteuerwinkel-Kennfeld KF, welches nur für den Ankerstellbereich einen minimalen und betriebspunktoptimierten Vorsteuerwinkel ϕPA_min liefert. Dies verbindet den Vorteil einer schnellen Steuerung mit der Eigenschaft eines Reglers 5, bleibende Abweichungen zu eliminieren.
  • Dies ist in einem detaillierten Blockschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels des Regelkreises gemäß Figur 3 in Figur 4 dargestellt.
  • Hierbei werden mittels der Erfassungseinheit 5 aus den Sinus-Werten sin und Cosinus-Werten cos eines Drehwinkelsensors, der die Lage des Rotors des Elektromotors 1 erfasst, in einer Filterung und einer Winkel- und Drehzahlberechnung eine Ist-Drehzahl nist_PA für das Vorsteuerwinkel-Kennfeld KF und eine Ist-Drehzahl nist_nReg für den Drehzahlregler 5.1 sowie ein Ist-Rotorlagewinkel ϕist und ein Latenzzeit-Rotorlagewinkel ϕLagTime ermittelt.
  • Weiterhin werden in einer Triggerung T von Werten eines Analog-Digital-Wandlers aus einem Stromwert IADC und dem Modulationsgrad MG ein Ist-Gleichstrom IDC-IReg zur Rückführung für den Stromregler 5.2 und ein Ist-Wechselstrom ImotAC_PA zur Rückführung für das Vorsteuerwinkel-Kennfeld KF ermittelt, wobei in Abhängigkeit einer Überschreitung des Maximalwertes MGmax des Modulationsgrades MG mit dem Schalter 8 geschaltet wird, ob die Einstellung der Spannungen allein anhand des Vorsteuerwinkels ϕPA oder anhand des Summenwinkels ϕ∑ erfolgt.
  • Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines möglichen zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Betriebs des Elektromotors 1 mit Feldschwächregelung.
  • Dabei wird im Unterschied zu dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bei Unterschreitung des vorgegebenen Maximalwerts MGmax des Modulationsgrades MG, die Belastung des Elektromotors 1 anhand einer diese kennzeichnenden zweiten Größe in einem siebten Verfahrensschritt S7 und der Vorsteuerwinkel ϕPA wird in einem achten Verfahrensschritt S8 aus dem Vorsteuerwinkel-Kennfeld KF ermittelt und der Raumzeigermodulation RZM im vierten Verfahrensschritt S4 zugeführt. Als zweite Größe werden insbesondere eine aktuell geforderte Motorspannung, ein aktueller Gleichstrom, ein aus dem Gleichstrom und einem Tastverhältnis ermittelter Phasenstrom, ein gemessener Phasenstrom und/oder ein Drehmoment verwendet.
  • Bei Überschreitung des vorgegebenen Maximalwerts des Modulationsgrades MG wird im sechsten Verfahrensschritt S6 ein zusätzlicher Vorsteuerwinkelanteil ϕPA_reg aus der Reglerstellgröße gebildet und mit dem Vorsteuerwinkel ϕPA und dem Rotorlagewinkel ϕ zum Summenwinkel ϕ∑ addiert, welcher der Raumzeigermodulation RZM im vierten Verfahrensschritt S4 zugeführt wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektromotor
    2
    Steuereinheit
    3
    B6-Brücke
    4
    Erfassungseinheit
    5
    Regler
    5.1
    Drehzahlregler
    5.2
    Stromregler
    6
    Vorsteuerwinkelregler
    7
    Signalaufbereiter
    8
    Umschalter
    9
    Multiplikator
    10
    Teiler
    cos
    Cosinus-Wert
    IAC
    Wechselstrom
    IAC_ist
    Ist-Wechselstrom
    IADC
    Stromwert
    IDC
    Soll-Gleichstrom
    IDC_ist
    Ist-Gleichstrom
    IDC-IReg
    Ist-Gleichstrom
    ImotAC_PA
    Ist-Wechselstrom
    J
    Ja
    KF
    Vorsteuerwinkel-Kennfeld
    MG
    Modulationsgrad
    MGmax
    Maximalwert
    N
    Nein
    nist
    Ist-Drehzahl
    nist_nReg
    Ist-Drehzahl
    nist_PA
    Ist-Drehzahl
    nsoll
    Soll-Drehzahl
    RZM
    Raumzeigermodulation
    S1 bis S8
    Verfahrensschritt
    sin
    Sinus-Wert
    T
    Triggerung
    Uout
    Ausgangsspannung
    ϕ
    Rotorlagewinkel
    ϕist
    Ist-Rotorlagewinkel
    ϕLagTime
    Latenzzeit-Rotorlagewinkel
    ϕPA
    Vorsteuerwinkel
    ϕPA_min
    Vorsteuerwinkel
    ϕPA_reg
    Vorsteuerwinkelanteil
    ϕ∑
    Summenwinkel

Claims (13)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors (1), wobei in einer Modulation an elektrischen Phasen des Elektromotors (1) anliegende elektrische Spannungen in Abhängigkeit einer Rotorposition des Elektromotors (1) und in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs zumindest einer, eine Belastung des Elektromotors (1) kennzeichnenden ersten Größe oder einer Ist-Drehzahl des Elektromotors (nist) erzeugt und gesteuert ausgegeben werden,
    wobei
    - bei einem Erreichen eines Feldschwächbereichs des Elektromotors (1) ein die Rotorposition kennzeichnender Rotorlagewinkel (ϕ) mit einem vorgegebenen Vorsteuerwinkel (ϕPA) und einem weiteren geregelten Vorsteuerwinkelanteil (ϕPA_reg) zu einem Summenwinkel (ϕ∑) ergänzt wird,
    - wobei der Summenwinkel (ϕ∑) bei Erreichen des Feldschwächbereichs zur Kennzeichnung der Rotorposition in der Modulation verwendet wird und
    - wobei das Erreichen des Feldschwächbereichs bei Erreichen einer Obergrenze eines durch eine vorgegebene maximale Amplitude einer Motorspannung und/oder eines Motorstromes gekennzeichneten Modulationsgrades (MG) erfasst wird, wobei bei Erreichen des Feldschwächbereichs der Modulationsgrad (MG) an seiner Obergrenze festgelegt wird und die Modulation der elektrischen Spannungen mittels Regelung des Vorsteuerwinkels (ϕPA) durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerwinkel (ϕPA) in Abhängigkeit einer Ist-Drehzahl (nist) und zumindest einer, eine Belastung des Elektromotors (1) kennzeichnenden zweiten Größe (G) aus einem Vorsteuerwinkel-Kennfeld (KF) ermittelt und um den weiteren geregelten Vorsteuerwinkelanteil (ϕPA_reg) ergänzt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerwinkel (ϕPA) für einen Ankerstellbereich des Elektromotors (1) vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Wert des Vorsteuerwinkels (ϕPA) vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerwinkel (ϕPA) derart vorgegeben wird, dass eine Regelreserve in der Modulation für eine Spannung als Stellgröße erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass als die Belastung des Elektromotors (1) kennzeichnende erste Größe eine Drehzahl, ein Drehmoment und/oder ein Motorstrom verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass als die Belastung des Elektromotors (1) kennzeichnende zweite Größe eine aktuell geforderte Motorspannung, ein aktueller Gleichstrom, ein aus dem Gleichstrom und einem Tastverhältnis ermittelter Phasenstrom, ein gemessener Phasenstrom und/oder ein Drehmoment verwendet werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerwinkel-Kennfeld (KF) erzeugt wird, indem zu Drehzahl- und Drehmoment-Betriebspunkten des Elektromotors (1) Vorsteuerwinkel (ϕPA) ermittelt werden, bei welchen zumindest ein Wirkungsgrad des Elektromotors (1) maximiert ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen in Abhängigkeit des Summenwinkels (ϕ∑) in einer Raumzeigermodulation (RZM) ermittelt werden.
  10. Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors (1),
    - umfassend eine Versorgungseinheit zur gesteuerten Ausgabe von elektrischen Spannungen an elektrischen Phasen des Elektromotors (1),
    - wobei die Versorgungseinheit mit zumindest einer Erfassungseinheit (4) zur Erfassung einer Rotorposition des Elektromotors (1) und
    - zumindest einem Regler (5) zur Durchführung eines Soll-Ist-Vergleichs einer, eine Belastung des Elektromotors (1) kennzeichnenden ersten Größe gekoppelt ist,
    gekennzeichnet durch
    - einen Speicher, in welchem ein Vorsteuerwinkel-Kennfeld (KF) hinterlegt ist,
    - eine Steuereinheit (2), welche zur Ermittlung eines Vorsteuerwinkels (ϕPA) aus dem Vorsteuerwinkel-Kennfeld (KF), zur Ergänzung eines die Rotorposition kennzeichnenden Rotorlagewinkels (ϕ) mit einem Vorsteuerwinkel (ϕPA) und einem weiteren geregelten Vorsteuerwinkelanteil (ϕPA_reg) zu einem Summenwinkel (ϕ∑), zur Ermittlung der Spannungen in Abhängigkeit des Summenwinkels (ϕ∑) bei einem Erreichen eines Feldschwächbereichs des Elektromotors (1) und zur Steuerung der Ausgabe der elektrischen Spannungen mittels der Versorgungseinheit an die elektrischen Phasen des Elektromotors (1) eingerichtet ist und wobei mittels der Steuereinheit (2) das Erreichen des Feldschwächbereichs bei Erreichen einer Obergrenze eines durch eine vorgegebene maximale Amplitude einer Motorspannung und/oder eines Motorstromes gekennzeichneten Modulationsgrades (MG) erfasst wird und bei Erreichen des Feldschwächbereichs der Modulationsgrad (MG) an seiner Obergrenze festgelegt wird und die Modulation der elektrischen Spannungen mittels Regelung des Vorsteuerwinkels (ϕPA) durchgeführt wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10 ,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (5) ein Drehzahlregler (5.1), ein Drehmomentregler oder ein Stromregler (5.2) ist oder diesen umfasst.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 ,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit eine Brückenschaltung umfasst.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12 ,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung eine B6-Brückenschaltung ist.
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